[发明专利]直流电机控制电路及方法

说明书

一种直流电机控制电路，用于对直流电机启动、停止和运行控制，该控制电路包括2个电磁继电器和1个电子开关，2个电磁继电器分别是第一电磁继电器和第二电磁继电器。第一电磁继电器的公共触点连接一个直流电机电源输入端，第一电磁继电器的输出回路接入直流电机的供电电源，用于控制直流电机正转。第二电磁继电器的公共触点连接另一个直流电机电源输入端，第二电磁继电器的输出回路接入直流电机的供电电源，用于控制直流电机反转。第一电磁继电器输出回路的接地端与第二电磁继电器输出回路的接地端并接，然后与电子开关连接后接地。

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，特别涉及一种直流电机控制电路及方法。

背景技术

直流有刷电机的应用非常广泛，在汽车中就有如门锁电机、车窗电机、尾门电机、天窗、座椅电机等。对于这些电机的全桥控制方式业界目前主要有两种方式。

如图1所示，是一种直流有刷电机的全桥控制电路，通过电磁继电器完成对电机电极性的正反转控制以达到电机正反转的功能。也可以将两个继电器作成一体成为双胞胎继电器，通过RN1对电流进行采样，然后由RV1、C43、R87、RV2组成的继电器触点保护电路对继电器触点进行保护和限制电机在关闭时的反电势冲击。该电路的优点是电路简单，在低电压应用上成本很低。这种电路的缺点是：可切换的电机功率有限，可控制的电机的额定功率比较低。在继电器吸合和释放的过程中容易产生电弧，这是由于当电机电压比较高时，电磁继电器的拉弧无法避免，有很大概率会损伤继电器触点，造成继电器寿命有限，更无法进行电机的PWM调速控制。商用车的电机驱动，如果使用继电器控制，则时常发生由于继电器触点烧蚀引起的故障。

电磁继电器发生的拉弧长度与其工作电压和功率有关，功率越大、电压越高，拉弧长度越大，这样对电磁继电器触点间隙是一个挑战。而电机负载的特性则是在启动和堵转功率显著大于正常工作的额定功率，通常为额定功率的3倍以上。例如，车窗电机通常是车窗上升到顶部堵住之后才控制继电器断开停止，这样继电器在断开的情况下功率实际是正常功率的数倍。这种现象在我国北方地区夜间温度比较低的情况下更严重。因为电机在低温情况下启动和堵转电流也会显著增大。

随着额定电压的升高，电磁继电器的制作难度和成本显著上升。例如，全球有上百家生产厂商可以生产适用电源电压12V的汽车控制用的PCB继电器，而只有数家厂商生产适用24V电源电压的汽车控制用的PCB继电器，两者价格差距十分巨大。即使是12V乘用车系统的电磁继电器拉弧比较短，但是电弧也会显著改变触点端的金属表面接触点，并且随着一段时间的触点拉弧后，触点的电性能和电寿命有显著的影响。所以当12V乘用车采用该方式驱动的控制器，也会有一定的失效比例。

第二种全桥控制电路是全开关管(包括晶体三极管、MOSFET)组合的全桥控制电路。这种控制电路又分为晶体管或MOSFET全桥控制电路有两种形式。由于半导体制程的因素P型晶体管和P型MOSFET造价比较高，P型晶体管和P型MOSFET的功率比较小。对于小功率的电机可采用P型开关管，不需要预驱电路了。在实际的应用当中由于P型开关的价格和功率问题，主要通过4个N型MOSFET控制电机电极性的正反转控制以达到电机正反转的功能。这种全桥控制电路的优点是可以进行PWM控制，并且响应迅速，根据电机功率，控制器可小型化，结构紧凑，寿命长。缺点是成本很高，4颗功率MOSFET价格很高，还需要额外的充电泵预驱电路。

发明内容

本发明提供了一种直流电机控制电路及方法，用以解决现有的的采用电磁继电器的直流电机控制电路，电磁继电器容易发生拉弧现象，导致寿命减损的问题，在控制性能上又能够接近全开关管全桥电路的性能，且具有显著的成本优势。

本发明实施例之一，一种直流电机控制电路，用于对直流电机启动、停止和运行控制，该控制电路包括2个电磁继电器和1个电子开关，2个电磁继电器分别是第一电磁继电器和第二电磁继电器。

第一电磁继电器的公共触点连接一个直流电机电源输入端，第一电磁继电器的输出回路接入直流电机的供电电源，用于控制直流电机正转。